储能系统在火力发电厂联合调频中的应用

刁云鹏，王忠言，张来星，于晓辉，宋 阳

(1. 国网吉林省电力有限公司，长春 130028；2. 国网吉林省电力有限公司电力科学研究院， 长春 130021；3.通化热电有限责任公司，吉林 通化 134000；4. 华能吉林发电有限公司长春热电厂， 长春 130000)

自动发电控制(AGC)又称二次调频，作为并网发电厂辅助服务7个项目之一，主要是指各类调频资源通过自动发电控制功能按照一定调节速率实时调整发电出力，跟踪电力调度指令，以满足电力系统频率和联络线功率控制要求，解决短时间内，区域电网随机特性的功率不平衡问题。目前，我国的调频电源主要为火电机组，但是火电机组响应时滞长、机组爬坡速率低，不能准确跟踪电网调度的调频指令，存在调节延迟、调节偏差和调节反向等现象。火电机组频繁变换功率运行,会加重机组设备疲劳和磨损，影响机组的运行寿命[1]。比较而言，水电机组响应较快，可以在几秒内达到满功率输出，但水电机组的建设受地理条件的限制，整体可提供的调频容量较为有限，亟需新的调频手段。

目前电池储能系统解决了上述问题，电池储能系统响应速度快，短时功率吞吐能力强，调节灵活，误差小，可在1 s内实现满功率输出，在额定功率范围内实现精准控制。持续充/放电时间为15 min的储能系统，其调频效率不仅比燃煤机组表现优秀，也优于水电机组。电池储能系统参与电网调频，节约电力系统投资运行费用和降低煤耗静态效益明显，其响应快速，运行灵活，也达到了系统运行的调频需求而产生动态效益预期[2]。本文介绍了国内最大电厂侧储能系统的应用，分析了储能系统投入前后综合调频性能指标和经济收益。

1 工程概况及AGC性能指标计算方法

1.1 工程概况

某电厂采用第三方投资方式建设国内最大的电厂侧储能调频项目，储能调频装置的建设由第三方公司投资，设备投产后的运行、维护、备件更换等事项全部由第三方公司负责，合作期为10年，电厂与第三方公司对新增储能调频装置为电网提供市场调频服务所增加的收入进行分成。

该项目采用磷酸铁锂电池，容量为30 MW/15 MW·h储能辅助调频系统，储能系统参与调频时最大功率为30 MW持续充电或者放电30 min。项目投资金额1.2×108元，采用10 m集装箱布局方式，模块化设计，集成度高占地面积约1 500 m2。电池部分：15个10 m集装箱，每个集装箱为电池容量为995 kW·h；功率部分：15个10 m集装箱，每个集装箱2 MW，10 kV输出；集控部分：1个10 m集装箱；高压电气部分：1个10 m集装箱。电池系统有可靠的安全性；电池管理系统(BMS)三级架构，可以监测到每颗电芯的运行状态信息；电池采用磷酸铁锂电池，稳定性较好，受热不会产生氧气，配合消防系统可消除危险；通过了CSA/TUV认证，在撞击、针刺、短路、高温等情况下不起火爆炸；电池超过60 ℃，系统停机，消除了热失控的风险。项目从开工建设到完成30天连续试运，一共用了1年多的时间。

1.2 AGC性能指标计算方法

2017年国家发改委联合多部门发布的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》中指出“允许储能系统与机组联合或作为独立主体参与辅助服务交易”，这标志着储能参与电力调频辅助服务市场的正式到来。随后全国各省的电力市场新政中“储能”一词也屡见不鲜，这进一步说明了储能在电力调频辅助服务中重要地位。调节速率、响应时间、调节精度是广泛用于评价发电单元相应AGC指令动作情况的指标。

综合调频性能指标k指发电单元响应AGC控制指令的综合性能表现,计算公式如下：

k=0.25×(2×k1+k2+k3)

式中：k1为调节速率，k1≤5, 保证发电单元响应AGC控制指令时不会出现过调节或超调的情况;k2为响应时间；k3为调节精度。

不同时间周期内发电单元综合调频性能指标k的算术平均值，即对应统计周期内的综合调频性能指标k。

2 储能系统的应用

图1 升负荷时跟踪电网AGC调频响应过程

图2 降负荷时跟踪电网AGC调频响应过程

通过对该电厂的历史数据进行调取和分析发现该电厂储能系统未投入使用前机组k值平均在0.6左右，电池储能系统投入后k值平均为1.3左右，k值得到显著提升(见表1)，经济收益上看，储能联合调频平均每天收益1×105元，如全天24 h都中标的情况下历史最高收益将达到27×104元。

表1 储能投入前后综合调频性能指标k值对比

某电厂储能项目建成后，与机组联合运行，显著提升电厂发电机组AGC调节性能，大幅度提高了k值，产生了可观的经济效益，同时也为机组提供紧急保安电源，保证设备安全，储能系统使电网负荷调节更加精确、快速，实现电网与电厂之间的共赢。

3 结束语

2019年9月国家能源局东北监管局发布两个细则文件《东北区域发电厂并网运行管理实施细则》和《东北区域发电厂并网辅助服务管理实施细则》，对AGC机组的响应时间、调节速率、调节精度都有了新的要求，虽然现有的辅助服务管理细则中只对AGC的可用时间和AGC服务贡献电量进行补偿，未出台如华北电网、广东电网根据调频性能指标k值及调节深度等进行补偿的细则，但相信在不久的将来吉林省为构建有效的调频辅助服务市场，激励发电企业提供更优质的调频辅助服务，一定会出台相应的政策和细则。吉林省内一些科研院所已经开展了一些电池储能项目的研究并参与了个别储能调频项目的建设，通过这些系列研究和项目参与能充分了解调频方面的突出优势、掌握目前国内示范项目的真实应用情况，进一步推动省内储能系统辅助火力发电厂调频的开发研究，以期合理推动全省储能电源建设，促进全省新能源健康稳定发展，保障全省电力系统安全、稳定、经济运行[3]。